Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ЕГИПТА

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ЕГИПТА"



На правах рукописи

ХУСЕЙН ХАЛЕД АХМЕД ХАЛЕД

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ЕГИПТА

Специальность 0i.Co.27 — почвоведение

Автореферат ' диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

\

МОСКВА 1999

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. И. Савич.

Официальные оппоненты академик РАСХН, доктор биологических наук, профессор Б. А. Ягодин; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Д. Н. Дурманов.

Ведущее предприятие — Российский Университет Дружбы народов

Защита состоится /5 * 2000 г в час

на заседании диссертационного совета Д 120 35 02 в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева Адрес 127550, Москва, Тимирязевская ул, 49 Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА Автореферат разослан ¿Ш Л^Аь//' Хввв г

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических паук

В. В. Говорнна

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Фосфатное состояние почв в значительной степени определяет урожай сельскохозяйственных культур и экологическое состояние агрофитоценозов. Исключительно большое значение имеет эта проблема и для территории Египта. Низкая обеспеченность почв фос^тами отмечается, как в связи в недостатком влаги, так и в связи с большой емкостью поглощения вер-тисолей Египта, низкой емкостью поглощения почв легкого гранулометрического состава, карбонатностью почв. Несмотря на проведенные ранее исследования фосфатного состояния почв Египта, в целом, эта'проблема остается нерешенной. Актуальным является поиск альтернативных путей регулирования подвижности фосфатов в почвах Египта и увеличения их усвояемости растениями как за счет регулирования сорбционных свойств почв, так и за счет изменения эффективной растворимости имеющихся в почвах осадков фосфатов, оптимизации состояния фосфатов в системе почва-растение.

Цели и задачи исследования. Целью исследования являлось изучение особенностей фосфатного состояния некоторых почв Египта. В задачи исследования входило: 1) изучение состояния фосфатов в почвах; 2) изучение особенностей кинетики их десорбции; 3) изучение особенностей кинетики сорбции; 4) поиск путей оптимизации фосфатного режима почв.

Этапы исследования. В работе последовательно решались задачи б эта' пов исследования: 1. Характеристика объектов исследования и сорбционных свойств почв с использованием методов дериватографии и рентгеноструктурно-го анализа. 2. Оценка содержания фосфатов в почвах, в том числе водорастворимых фосфатов, их положительно и отрицательно заряженных соединений. Оценка возможности описания равновесий и состояния ионов в почве в виде алгоритмов и диаграмм растворимости. 3. Оценка особенностей кинетики десорбции фосфатов, фракционного состава фосфатов методом последовательно-^ го исчерпывающего элюирования по разработанной методике. 4. Оценка кинетики сорбции фосфатов почвами, в том числе с оценкой теплового эффекта сорбции по разработанным методикам. 5. Поиск путей регулирования подвижности и доступности фосфатов в почвах: а) за счет образования органо-минеральных соединений и комплексообразования; б) с использованием цеолитов. 6. Поиск путей регулирования фосфатного состояния в системе почва-растение (подбором видов и сортов культур с определенными сорбционными свойствами корневых систем по отношению к фосфатам; прогноз почвоутомления и разработка путей его устранения.

Научная новизна. В работе предлагается концептуальная модель оценки и регулирования фосфатного состояния некоторых почв Египта. Предложена методика оценки сорбционных свойств почв по отношению к фосфатам по теп -

ловому эффекту сорбции Предложена методика оценки фракционного состава фосфатов в почвах с использованием конкурирующего комплексообразования и последовательного исчерпывающего элюирования

Доказывается, что концешршия фосфатов в применяемых в агрохимической службе вытяжках характеризует подвижность фосфатов в почве, но не их содержание Концентрация фосфатов в растворе десорбента определяется эффективным произведением растворимости его осадков в почве и не всегда коррелирует с содержанием подвижных фосфатов в твердой фазе Доказывается, что наиболее полная опенка состояния фосфатов может быть проведена с использованием трех координат содержание фосфатов, их десорбция, их сорбция, а также количество фосфатов, их прочность связи, скорость перехода из твердой фазы в раствор Доказывается, что доступность фосфатов растениям может лимитироваться содержанием их подвижных форм, прочностью связи, скоростью перехода из твердой фазы в раствор, соотношением ионов в растворе, эффективными сорбиионными свойствами корневых систем видов и сортов культур Оптимальное содержание фосфатов в почве - есть функция рН, ЕЬ, гранулометрического состава, емкости их поглощения, содержания доступной влаги, гумусированносги

Установлено, что вертисоли, по с равнению с рендзинами и красновато-бурыми полупустынными почвами, имеют большее содержание соединений водорастворимых фосфатов, большее количество подвижных фосфатов, переходящих в солевую вытяжку и десорбнруемых методом последовательного элюи-рования В то же время в вертисолях, по сравнению с другими сравниваемыми почвами, больше доля инертных и более прочносвязанных фосфатов, вытесняемых ЭДТА В этих почвах меньше сорбция фосфатов в начальный период реакции, но больше зависимость сорбции от времени взаимодействия Внесение в почву остатков растений (соломы и пшеницы, стеблей хлопчатника и оболочки бобов арахиса) увеличивает подвижность в почве фосфатов и поливалентных катионов Для увеличения доступности фосфатов растениям предлагается обогащение почв комплексонами на Са, Ре, А1, получаемыми из отходов с/х производства, внесение модифицированных цеолитов, изменение рН Показано, что обеспеченность почв фосфатами должна корректироваться с учетом особенностей поглотительной способности корневых систем отдельных сортов пшеницы, по отношению к фосфатам, и развития под ними почвоутомления

' Практическая значимость. Практическая значимость работы определяется получением нового оригинального фактического материала по состоянию соединений фосфатов, особешюстям их десорбции и сорбции в изучаемых почвах Египта Разработанные методики оценки обеспеченности почв фосфатами по тепловому эффекту реакций, определения фракционного состава соединений

фосфатов метоДом исчерпывающего последовательного элюирования, алгоритмы оценки фосфатного состояния почв рекомендуются к испытанию в научных учреждениях и производственных организациях эколого-почвенно-' агрохимического профиля республики Египет.

.J._Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались

"на Всероссийской научной конференции, на кафедре почвоведения МСХА. ^^^Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 2 статьи. • /

/Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на _^jxrp.' машинописного текста, содержит • таблиц, графиков. Список использованной литературы включает' наименований, в том числе зарубежных.

Объекты исследования. Для изучения взяты образцы почв по профилю для наиболее широко используемых в с/х производстве почв Египта и для сравнения, в качестве стандарта, образцы чернозема. Исследована красновато-бурая полупустынная почва из района Alexandria, вертисоли из районов Banha (#1), Banha (#2), Tanta (#3), рендзина из района Wadi-Nafrum. Исследованы профили почв глубиной до 120 см. Для сравнения и стандартизации методик исследованы образцы чернозема южного легкосуглинистого и чернозема южного тяжелосуглинистого, а также образцы ЦИНАО, имеющие ГОСТ.

Исследованная красновато-бурая полупустынная почва, вертисоли и рендзина характеризуются соответственно легким, тяжелым и легким гранулометрическим составом. При этом содержание илистых частиц в почвах легкого гранулометрического состава достигает всего 12%, а в рендзинах - 42-49%. рН „водной суспензии изученных почв соответственно 7,2; 7,6 и 8,2; сумма солей 0,72%; 0,29-0,45% и 0,67%. В составе солей преобладают сульфаты, при меньшем количестве - HCOj" и С Г. В катмонном составе преобладает Натрий при значительно меньшем содержании кальция и, особенно, магния и калия. Содержание водорастворимых; соединений фосфора составляет соответственно 0,12±0,01; 0Д8±0,01 и 0,09±0,005 мг/л; водорастворимого железа 0,1; 0,8 и 0,07 мг/л; магния - 45; 7,0 и > 10 мг/л; кальция - > 10 мг/л. Содержание обменных форм ионов, вытесняемых 1н КС1 при временя взаимодействия 1 час, составляет для красновато-бурой полупустынной почвы, вертисоли и рендзины соответственно Р-0,3; 0,5 и0,4 мг/л; Са - 82,5; 121,5 и 76,2 мг/л; Mg- 2,1; 9,0; 6,9 мг/л;. Fe - 3,1; 3,1 и 2,9 мг/л. Содержание гумуса в вертисолях превышает 1,9%; емкость поглощения до 35 мг-экв.100 г, при значительной доле натрия.. В рендзи-не и красновато-бурой почве содержа ние гумуса менее 1% при емкости поглощения до 10 мг-экв.100 г почвы. . • .

Одним из важных факторов, определяющих особенности сорбционных свойств почв, является их минералогический состав. В работе првведено опре -

деление минералогического состава в образцах илистой фракцьи исследуемых -почв на основе анализа полученных рентгенодифракгограмм и дериватограмм. В таблице 1 приведены данные, характеризующие минералогический состав исследуемых почв. ^ . /

" \ Таблица 1 ,

Соотношение основных минеральных фаз фракций почв менееЛ-мкм

Название почв : Гори: зонт Процент во фракции менее 1 мкм

: каолинита хлорит: гидрослюды : смектиты

Вертисоль Ал ■ 2 нет .98

Рендзина Ап 35 65 . нет

Чернозем южный, т/с Ап 16 62 22

*) содержание палыгорскита. . •

Минералогический состав фракции менее 1 мкм, выделенной из образца вертисоли, представлен индивидуальным смектитом, количество которого составляет 98% от суммы компонентов фракции или 40,5% в образце почвы в целом, рассчитанном по содержанию фракции в почве. Минерал диагностирован по наличию интенсивного рефлекса в области 1,5 нм, изменяющего свои пара' метры при сольватации образца этиленгликолем до 1,7 нм, с последующей серией отражений, кратных этой величине (0,85 и т.д.). Прокаливание образца приводило к сжатию решетки минерала до 1,0-1,1 нм. Сопутствующим компонентом смектита являются смешаннослойные каолйнит-смектитовые образования двух типов: 1) с низким содержанием смектитовых пакетов и 2) с высоким,— более 50%, содержанием смектитовых пакетов. Диагностика смешаннослойных образований была основана на наличии значительной асимметрии 0,7 нм рефлекса в сторону малых углов образцов в воздушно-сухом состоянии, а также на поведении этих образований при прокаливании образцов при 550°С. Подобная парагенетическая ассоциация характерна для отложений коры выветривания известняков мел-третичного возраста и широко распространена в средиземноморских регионах. Эта ассоциация является типичной для вертисолей.

' Минералогический состав фракции менее 1 мкм рендзины представлен палыгорскитом, составляющим 65% от суммы компонентов фракции или 11% в образцах почвы в целом. Этот магнезиальный силикат диагностирован по наличию интенсивного рефлекса в области 0,2 нм с последующей серией рефлексов в областях 0,644; 0,448; 0,323 нм. Минерал не изменяет своих показателей после сольватации его этиленгликолем. Помимо палыгорскита присутствует

каолинит, составляющий 35% от суммы компонентов фракции. Минерал диагностирован по наличию островершинных симметричных рефлексов в области 0,71 и 0,357 нм, исчезающих при прокаливании образцов при 550°С. Сопутствующим компонентом является кальцит, диагностированный по рефлексу в области 0,303 нм. Подобная парагенетическая ассоциация - каолинит - палыгор-скитовая характерна для почв аридных регионов на территории бывшего древнего океана Тетис. Парагенетическая ассоциация минералов исследуемых черноземов (взятых в качестве стандарта) характерна для почв, развитых на лессовидных суглинках разной степени карбонатности.

По данным дериватографии наибольшая величина потери веса в области температур 115-120° характерна для вертисоли, меньше - для рендзины и еще меньше для красновато-бурой полупустынной почвы. Второй эндотермический эффект в областях температур 500-560" - характерный для гидрослюд; 550-760" - характерный для монтмориллонита - также наибольший у вертисолей. Минералогический состав исследуемых почв показывает значительную емкость поглощения для вертисолей и меньшую для рендзины и красновато-бурой полупустынной почвы. Для вертисоли, в гораздо большей степени, чем'для других изученных почв Египта, характерна способность к интрамицеллярному поглощению, что определяет и большую степень проявления в этих почвах фактора кинетики. »

Методика исследования. Методика исследования состояла в проведении полевых изысканий, лабораторных анализов и в постановке модельных опытов.

1. Определено состояние фосфатов в почве по факторам емкости и интенсивности - водорастворимые соединения Р, Са, Mg, Ре, Мп, Си, гп," обменные формы этих соединений, положительно и отрицательно заряженные соединения указанных ионов с использованием метода химической автографии на основе электролиза. Оценена возобновляющая способность почв к фосфатам при их десорбции; определен фракционный состав соединений фосфатов в почвах методом последовательного исчерпывающего элюировавия дссорбентами с возрастающей комплексообразующей способностью по отношению к поливалентным катионам.

. 2. Изучены процессы сорбции и десорбции фосфатов из почв в зависимости от рН. температуры, времени взаимодействия, концентрации десорбента и сорбата, комплексообразующей способности десорбента.

3. Оценены некоторые стороны состояния фосфатов в системе почва-растение: состояние фосфатов в прикорневой зоне растений, сорбционные свойства корней пшеницы по отношению к фосфатам, почвоутомление.

4. Проведена оценка возможных путей оптимизации фосфатов в системе почва-растение с использованием цеолитов; с использованием комплексоноа из

отхолов с. ч прои тодсггвл

Агрохимические и фишко-чимические свойства почв опредетены общепринятыми методами Минералогический состав почв оценен с использованием метода дериватогрзфии и рентген оструктурного анализа Функциональные группы органических веществ оценены с использованием метода инфракрасной спектроскопии Валовой состав почв определен методом рентгеноструктуриого анализа Содержание положитетьно и отрицательно заряженных соединений ионов в почве оценено с испотьзованием метола химической автографии на основе электрочиза Фракционный состав соединений ионов в почве определен с использованием метода конкурирующего комплексообразования Тепловой эффект реакции сорбции фосфатов оценен с использованием термоиндикаторных пленок, а также термостзтируемого устройства и медь-константановой термопары Оценка эффективных растворимостей осадков в почве проводилась на основе диаграмм растворимости (Воробьева Л А и др , 1990) В качестве биотестов использовалось прорастание семян пшеницы различных сортов Принятый уровень вероятности р 0,95 Экспериментальная часть

Содержание водорастворимых, положительно и отрицательно заряженных соединении ионов в исследуемых почвах

Таблица 2

Содержание водорастворимых соединении элементов в исследуемых почвах, Х±м, мг/л

Почва Фосфор Магний Железо

вертисоль 0 26^)01 7,0±1 3 0,8±0,3

рендзина 0 09Ю01 > 10 0,07 ±0,01

бурая 0 12*001 4,5±2 8 0,1 ±0,04

Содержание водорастворимых соединений ионов в исследуемых почвах показало, что концентрация Са, Mg, Р, Ре в почвенном растворе контролируется осадкообразованием, а Мп, '¿л, Си - процессами ионного обмена и комплексообразоваиием Это подтверждается и сравнением полученных данных с диаграммами растворимости соединений ионов Растворимость фосфатов в почвах близка к растворимости Са>(Р04Ъ и Саш(РО|)л(СШ)2 Как видно из представленных -данных (таблица 2), наибольшее ыпичество водорастворимых фосфатов в вертисолн, но в этой .ке почве и наибольшее количество водорастворимых соединений железа Опенка концентрации в растворе фосфатов по диаграммам растворимости по $воляет оценить наиболее перспективные пути

б

увеличения их подвижности в данных почвах. Это увеличение комплексообра-зующей способности почвенного раствора по отношению к кальцию, магнию, железу, алюминию и подкислению среды до рН=5,5-6,0.

По полученным данным в почвах имеются положительно и отрицательно заряженные соединения катионов и анионов. Это определяет возможность их миграции по почвенному профилю и поглощения растениями. Доля отрицательно заряженных соединений фосфатов во всех изученных почвах была близка.

, ' Таблица 3

Доля отрицательно заряженных соединений в исследуемых почвах (в % от суммы)

Почва : Фосфор Кальций : Железо

вертисоль 60,4 34,3 86,9

рендзина 62,5 42,6 51,9

красновато-бурая 57,7 47,6 88,2

По литературным данным отрицательно заряженные соединения в почве представлены их комплексами с органическими и неорганическими лигандами, положительно заряженные соединения фосфатов представлены их комплексами с поливалентными катионами и органическими лигандами. Доли положительно и отрицательно заряженных соединений фосфора, кальция, железа в почве, ■ прикорневой зоне растений, корнях и листьях позволяет судить об их недостатке для растений. .

; Фракционный состав соединений фосфатов в исследуемых почвах Содержание фосфатов в почвенном растворе и в различных вытяжках характеризует их прочность связи с твердой фазой почвы и не зависит полностью от содержания подвижных фосфатов в почве. В то же время для практических целей необходимо знание не только концентрации подвижных фосфатов в рас-, творе десорбента, но и их количества в почве. Для определения этого показателя нами предлагается определение фракционного состава соединений фосфатов в почвах с использованием метода последовательного исчерпывающего элюи — рования. При этом к почве последовательно приливаются растворы с возрастающей десорбирующей способностью по отношению к фосфатам (КС1, КС1 + ЭДТА). Количество каждого раствора, приливаемого к почве, последовательно возрастает от 250 до 500 ил. Полученные нами данные приведены в таблице 4."

Таблица 4

Содержание наиболее подвижных соединений ионов в почвах, определенное методом последовательного люировання (вытяжка КС1)

Ион Концентрация десорбента Красновато-бурая Ренлзина Вертисоль

Са 001 н 137,5 122 5 202.5

0 1н 167 0 264 0 485.0

1 Он - Я09 5 808 5

Р 0 01н 1.1 и 20

0,1н 1.0 1,7 2.4

1,0н 2,0 2,1 2,9

Ре 0 01н 0,16 0,16 0,16

0 I и 0 41 0 45 0 43

1.0« 7 о0 12 50 13 40

Как видно из представленных данных, в вертнсолн, по сравнению с другими почвами, бочыне содержание подвижных Са, Р и в твердой фазе почв Данные фракционного состава фосфатов, полученные методом последовательного тлюирования, коррелируют с данными фракционного состава фосфатов методом Чанга-Джексона, полученными для данных почв другими авторами

Большое значение для прогнозирования состояния фосфатов в исследуемых почвах и их доступности растениям имеют данные по закономерностям десорбции фосфатов из почв В проведенных исследованиях оценивалось вытеснение фосфатов из почв в зависимости от рН среды, времени взаимодействия, концентрации десорбента, комплексообразующей способности десорбента По полученным данным количество вытесненных фосфатов растет с подкислением среды, увеличением концентрации и комплексообразующей способности десорбента, с увеличением времени взаимодействия Однако, рассматриваемые зависимости неодинаковы для изучаемых типов почв Максимальное количество подвижных элементов Р, Са, Мд, Ре, Мп отмечается в вер-тисолях, наименьшее - в бурых рочвах В вертисоли, по сравнению с другими почвами, больше относительно инертных фракций фосфора, кальция, магния В рендзине больше доля быстро вытесняемых фосфатов кальция и магния На основании полученных данных, в работе рассчитано количество подвижных фос фатов в исследуемых почвах, прочность их связи с твердой фазой почвы и скорость перехода из твердой фазы в раствор Эти показатели характеризуют состояние фосфатов в почвах с разных сторон и дополняют друг друга Предлагается графическое изображение состояния фосфатов в почвах в трех координа -

а

тах по фактор.ш емкости, интенсивности и кинетики

Поглощение фосфатов исследуемыми почвами

Для прогнозирования поведения в почвах вносимых в них фосфорных удобрений необходимо знание закономерностей поглощения фосфатов почвами Нами изучалось поглощение исследуемыми почвами фосфатов при времени взаимодействия 5 минут - 21 часа и концентрациях сорбагга Ю"4 - 10 1 м/л Часть полученных данных приведена в таблице 5

Таблица 5

Концентрация фосфатов в равновесном растворе с исследуемыми почвами, Р мг/л, время - 5 часов

Почва во Концентрация сорбата, мг\л

0,0001 0,001 0,01 0.1

красновато-бурая полупустынная 0,10 0,16 0,26 0,30

вертисоль 0,16 0,22 0.31 0,40

рендзина 0,10 0,15 0,20 0,23

Согласно полученным данным, сорбция возрастает с увеличением длительности взаимодействия почв с сорбатом для всех исследуемых концентраций сорбата При длительном времени взаимодействия (5 часов) наибольшая сорбция фосфатов отмечается для рендзины и наименьшая - для вертисолей По полученным данным в большей степени сорбция фосфатов от времени взаимодействия зависела для вертисоли при исходных концентрациях сорбата 0,01-0,1 Это согласуется с более тяжелым гранулометрическим составом этой почвы и ее минералогическим составом То есть для этой почвы характерна наиболее медленная реакция

Опенка обеспеченности почв фосфатами по тепловому эффекту взаимодействия фосфатов с почвой

В работе указывается, что тепловой эффект реакция фосфатов с почвой пропорционален химическому сродству почв к фосфатам, а следовательно, степени насыщенности почв фосфатами Предлагается оценка теплового эффекта реакций фосфатов с почвой с использованием термоиндикаторных пленок и медь-констшпановой термопары Полученный теплой эффект сорбции почвами КНгРОд составлял для отдельных горизонтов красновато-бурой почвы 2,1-3,3 кал/г, для вертисолей - 4,5-9,0, для рендзины - 7,5-11,7 кал/г В работе предлагается графическое изображение состояния фосфатов в почвах в трех координатах содержание фосфатов в почвах, их десорбция, их сорбция

■ Оценка состояния фосфатов в системе почва-растение

Агрохимическая оценка фосфатного режима почв не может проводиться без учета особенностей фосфатного питания растений и влияния растений на почву. В проведенных исследованиях оценивалось поглощение фосфатов различными сортами пшеницы и влияние выращивания пшеницы в ограниченном объеме почвы на свойства почв и последующее развитие проростков. По полученным данным поглощение фосфатов на 1 г корней неодинаково не только для отдельных видов, но и для сортов культур. Почвоутомление приводит к изменению свойств почв и уменьшению биопродуктивности. По литературным данным это, в ряде случаев, обусловлено и блокировкой поглощения фосфатов растениями. ■•'..'-- ■ - .

. Сорбционные свойства корневых систем выращиваемых растений, ло отношению к фосфатам, являются одним из параметров, определяющих усвояемость фосфатов. В работе предлагается графическое изображение зависимости количества усвояемых фосфатов в почве от фосфатов в виде трехкоординатного графика (количество подвижных фосфатов в почве; рН среды, гранулометрический состав, влажность почв, емкость поглощения почв; селективность, корневых систем выращиваемых растений к фосфатам).

■ Разработка путей регулирования подвижности фосфатов в почвах Фосфаты в почве закреплены преимущественно по типу осадкообразования, в почвах с большим содержанием органического вещества - по типу ком-плексообразования и, в меньшей степени, по типу ионного обмена. Рассматривая параметры, определяющие эффективную растворимость трудно растворимых осадков в почве, следует отметить, что растворимость фосфатов в почвах будет увеличиваться при подкислении среды, при увеличении ионной силы раствора, при введении в раствор комплексообразователей как на ионы фосфатов, так и на поливалентные катионы, связанные с фосфатами в осадок.

В работе доказывается возможность увеличения подвижности фосфатов в исследуемых почвах с использованием следующих приемов: 1) добавления в почву органических удобрений или растительных остатков, обладающих заданной комплексообразующей способностью; 2) увеличения концентрации фосфатов в микрозонах за счет сорбции их из почв сорбентом типа цеолита (для песчаных почв); 3) увеличения влажности почв в микрозонах, в том числе с использованием цеолитов.' В опытах изучалось изменение сорбции Р1О5 почвами при блокировке их сорбционных мест органическими лигандами. В качестве источника органических лигандов использовались солома пшеницы, стебли ! хлопчатника, оболочка бобов арахиса, ЭДТА. Полученные данные представлены в нижеследующей таблице. ■

Ю

Таблица б

Изменение содержания сорбированных почвами фосфатов при внесении органических остатков (количество фосфатов в почве, десорбкруемых Н20 и 0,2н НС1, мг/л)

Почва Варианты

контроль солома +остатки арахиса ^остатки хлопчатника +ЭДТА

красновато-бурая полупустынная 0,57 вертисоль 1,18 рендзина 0 60 0,82 2,22 0,92 0,72 1,79 0,90 1,03 1,57 0,74 0,75 1,59 1,00

Как видно из представленных данных, внесение в почву комплексообра-зователей увеличило подвижность в ней соединений фосфатов В большей степени это проявилось для рендзины В то же время различные органические остатки неодинаково увеличили подвижность фосфатов в сравниваемых почвах В бурой полупустынной почве на подвижность фосфатов в большей степени повлияли остатки хлопчатника, в вертисоли - остатки соломы, в рендзине - ЭДТА

В разлтшой степени указанные органические остатки повлияли и на подвижность железа, марганца, меди, цинка, кальция, магния в исследуемых почвах Для оценки влияния органических остатков на подвижность в почве фосфатов и поливалентных металлов предлагается определение комплексообра-зукдцен способности их раствора, выраженной в единицах связанного металла или в единицах концентраций известного комплексообразователя (ЭДГА) Показано, что при более точной оценке комплексообразующая способность должна оцениваться как по константам нестойкости образующихся комплексов, так и по количеству связанного с органическими лигандами исследуемого иона

Для оптимизации фосфатного режима в системе почва-растение дополнительно рекомендуется 1) подбор видов и сортов культур, обладающих большей усвояющей способностью по отношению к фосфатам, с меньшей в них потребностью, 2) корректировка оптимума, а следовательно, системы удобрений с учетом рН, ЕЬ„ 1°, вида и сорта растений, сорбциокиых свойств корневых систем по отношению к фосфатам, 3) точный расчет процессов взаимодействия фосфатов с почвами с целью корректировки доз, форм и способов внесения удобрений

Взаимосвязь параметров фосфатного состояния исследуемых почв

Для агрономической оценки фосфатного состояния почв необходимо

и

знать обеспеченность почв доступными для растений фосфатами, трансформацию вносимых в почву фосфорных удобрений, изменение данных параметров от факторов внешней среда, систем с/х использования почв. Оптимальная величина любого показателя зависит от многих других. Поэтому пути оптимизации являются, как правило, альтернативными. При усилении интенсивности с/х'-производства необходимо рассчитывать протекающие в почве процессы, в том числе и определяющие фосфатное состояние в системе почва-растение. Уровень точности таких расчетов для разных процессов неодинаков. Однако, во всех случаях такие расчеты перспективны, т.к. создают предпосылки для дальнейших уточнений моделей. В работе показано, что для оценки фосфатного состояния почв Египта перспективна комплексная оценка состояния фосфатов в почвах (по факторам емкости, интенсивности, кинетики), сорбции и десорбции фосфатов. Исследуемые почвы обладают по данным показателям значительными отличиями, что иллюстрируется данными таблицы 7.

Таблица 7

Параметры фосфатного состояния исследуемых почв .

Параметры - : I Величина показателей для почв

: красно вато-бурая: - вертисоль : рендзина

состояние фосфатов содержание водорастворимых '

форм, мг/л ' ' . ■ - \ • 0,12 0,26 0,07 содержание обменных форм .' "

(КС1 - 0,01-1н, рН-2-4), мг/л 0,6 1,6 0,7 • содержание, оцененное методом

последовательного элюирования .

КС1 - 0,01н '1,1 2,0 1.3

1,0н ' 2,0 2,7 ; 2,1

десорбция и сорбция фосфатов

% быстро вытесняемых (КС1) ' 48,0 47,0 58,0

доля инертных, вытесняемых ЭДТА . 6,7 ■ 12,4 10,7 отношение медленно и быстро

вытесняемых ЭДГА 1,5 2,4 1,8 количество прочно связанных, мг/л

(КС1+ЭДТА; время - 24 часа) 0,6 1,4 0,8

■ ОТЬРО«-""^- - - • 0,04 0,10 0,04

f.W/" \ 0,04 0,15 0,04

гаменен»*-от концентрации

Ю '/Ю"*; йрзи» - 5 иииуг I 2,4- 3,3 1,8

•mi и ■ * ^ ,, — . -—

• ^/полученные даннь^е показывают, что оценка фосфатного состояния почв по факторам емкости,! интенсивности, кинетики, по сорбции и десорбции проводится с-разных стороА и оценка по одному показателю дополняет оценку цю-другому показателю. Ня«же приведены, в общем виде, алгоритмы оценки фосфатного состояния исслел о^емых почв.

Вытеснение фосфатов 1га почв растворами десорбентов определяется следующей зависимостьюХг. ХД = f (рП, Eh, I, t» t"\ С, b), где I/- ионная сила; t -время, t° -температура С - концентрация десорбеита; b - комплексообразующая ' способность десорбеита. Знам и величина степени у перечисленных факторов определяется конкретными свс\йствами почв.' I ' '

Сорбция фосфатов почво» *< Х2. Х2 = f (С, t, Qp, к, VV/, t°, К), где С - концентрация фосфатов в растворе, (доза удобрений); t - время, Qp - сорбционная емкость почвы по отношению к ¡фосфатам; к - кинетическая константа сорбции фосфатов; I - прочность связи сорбируемых фосфатов с твердой фазой почвы; W - влажность почв; t° - температгура (зависимость сорбции от температуры определяется знаком и величиной теплового эффекта сорбции; К - константа равновесия протекающей реакции. V ^ i

^»вЯЕспеченность растений фЬсфатами/на исследуемых почвах: Х3 = Щ),K,Q,q, П"' I - прочность связи форфагов с почвой; к - скорости перехода ио-

• нов из почвы в раствор; Qi количество подвижных фосфатов в твердой фазе - почвы; q - количество подвижных фосфатов а почвенном растворе (растворе десорбеита); П - потребность растений ^ фосфатах.

Поглощение фосфатов растениями: X« = f (К|К2К3 ' kjk2k3, где KiK2K3 -константы равновесия обмена ионов фосфора в системах почва-растения, почва-корень, раствор-корень;.- kik2k3 - константы скоростей перехода ионов из твердой фазы в раствор, из почвы в корень, из раствора в корень.

Для оптимизации фосфатного состояния в системе почва-растение можно регулировать одни показатели при постоянстве других. К регулируемым лара-

• метрам относится изменение рН, Eh, конной силы раствора, температуры, ■ влажности, комплексообразующей способности почвенного раствора, емкости почв по отношению.к фосфатам; их фракционный состав, прочность связи и скорость перехода фосфатов из твердой фгзы в раствор, миграционная способ —

/

ность фосфатов в пределах почвенного профиля, заряд их соединений, локальность распределения зон с разной концентрацией ' '' juari.^.., филе и в пределах структуры почвенного покрова. П. ри вырл-' ^аании растений дополнительно большое

значение имеет псдбор ви^хов и сортов культур с заданной усвояемостью фосфатов во времени и из равных горизонтов почв, с заданной потребностью в фосфатах. Оптимумы вышеперечисленных параметров, как и оптимумы фосфатного состояния системы пс1чва-растсние зависит от со-ч. четания свойств почв и экологическихоссЛ.:иоое;А культур. .

Быводы \ / • . .

I. Рекомендуется проводить конш.л', менку фосфатного состояния почв Египта по следующим параметрам: /

.1) по состоянию фосфатов в почр.е •;>awTopj емкости - содержание водо-раствормых фосфатов; положительно и офицзтгДыю иржженных форм их соединений; содержанию подвижных фо? -j "•-•-.-»га»¡.„^их из почв при различных концентрациях десорбента КС1, рН ср< i . ; • мц-и г. ,;«7 0действия; фракционному составу соединений, определяемому vcfro.v« гдователыюй исчерпывающей экстракции); .

2) по процеосам трансформации -¡ осфат.'-ч ь л чч.' (при изменении рН и Eh среды, внесении органических удобрений, Ли ¡-ishi влажности почв);

3) по особенностям, поглощения фосфатов по (.лми (в зависимости от концентрации сорбата, Eh, рН, времени Baamjio,u •: -.-гг и », внесении в почву органических удобрений); ■ v /.

4) по особенностям фосфатного состояния в c»-:.oie почва-растение (селективности корневых систем видэа и соритов с/х кучч !гр к фосфатам, измене-" нию свойств почв в прикорневоц^зоне растений, проявлению почвоутомления).

II. Концентрация фосфатов ь водной вытяжке и л растворах солей, слабых , кислот и оснований, в основном, определяется эффективными произведениями растворимости его осадков в почве. Kqmiempaiou фчл.фатов в применяемых в почвенной и агрохимической службах4-вытяжках характеризует подвижность фосфатов, но не всегда содержание подвижных фосфатов в твердой фазе почвы.

III. Подвижность фосфатов в почвах коррелирует с прочностью их связи с ППК и тепловым эффектом сорбции н десорбции. Предлагается методика определения тепловых эффектов сорбции .фосфатов почвами с использованием тепловизора, термоиндикаторных пленок, термостатируемого устройства с медь-константановой термопарой. - '

IV. Из изученныз почв Епнтп вертисоли, по сравнению с рендзиной и красновато-бурой почвой, отличаются более тяжелым гранулометрическим составом, преобладанием с минералогическом составе смектитов, большей гуму-сированностью, большим содержан»ем валовых и подвижных форм железа и

кальция В вертисолях, по сравнению с другими почвами, больше концентрация водорастворимых фосфатов, подвижных фосфатов, больше содержание подвижных фосфатов в твердой фазе почвы, но в то же время больше доля более прочно связанных и более инертных фосфатов В вертисолях, по сравнению с другими изученными почвами, больше тепловой эффект поглощения фосфатов почвой, отмечается наиботее медленная сорбция фосфатов, больше зависимость сорбции от времени взаимодействия и концентрации сорбата. В то же время при принятых в опытах условиях наибольшая сорбция фосфатов отмечается в рендзине

V Внесение в почву органических остатков соломы, отходов арахиса и хлопчатника привело к увеличению подвижности железа, марганца, кальция, магния, фосфора В вертисоли, по сравнению с другими почвами, отмечается большее влияние органических остатков на содержание водорастворимых Са, Ре, Мп, Р

VI. Предлагается рассчитывать пути увеличения подвижности фосфатов в почвах на основе средневзвешенного эффективного произведения растворимости его осадков Для исследуемых почв Египта для увеличения доступности фосфатов растениям предлагается обогащение почв и прикорневой зоны растений комплексонами на кальций, магний, железо, марганец, получаемых их отходов с/х производства (соломы, пшеницы, стеблей хлопчатника, очисток арахиса)

Список опубликованных работ

1 Оценка сорбционных свойств почв на основе тепловых эффектов реакций взаимодействия сорбата с почвой, Известия ТСХА, 1998

2 Почвоутомление как фактор деградации почв, в ют "Антропогенпая деградация почвенного покрова н меры ее предупреждения", Тездокл Все-рос конф, М, 1998, т 1, стр 295-297.

и

Объем 1 п л

Заллз 734

Тираж 100

Типография Издательства МСХА 127550, Москва Тимирязевская ул, д 44